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小小的太陽系,人類都飛不出去,那銀河系的鳥瞰圖又是哪來的?
2023/04/05

銀河系是什麼樣子,相信大家都是比較熟悉的,畢竟我們多多少少都看過一些銀河系的鳥瞰圖,這些圖片清楚地給我們展示了銀河系的「銀心」、「銀盤」、「旋臂」等具體構造,有些圖片甚至還標注了我們的太陽系在銀河系中的具體位置。

那麼問題就來了,這些描述銀河系的鳥瞰圖是怎麼來的呢?是探測器從銀河系的「上方」直接拍攝到的嗎?當然不是。

要知道銀河系主體結構的直徑就有大約10萬光年,而就意味著,想要從銀河系的「上方」看到銀河的全貌,至少也要飛上萬光年的距離,而迄今為止人類飛得最遠的探測器——旅行者1號,也只飛出了大約238億公里的距離,就算是以太陽系的尺度來看,這種距離也不值一提,因為太陽系的半徑就有大約1光年(以奧爾特云為界),而1光年大概就是9.46萬億公里。

由此可見,連小小的太陽系,人類都飛不出去,就更不用談飛到銀河系的「上方」去了。既然如此,那銀河系的鳥瞰圖又是哪來的?下面我們就來聊一下這個話題。

首先要講的是,銀河系其實是非常空曠的,平均下來,大約每167立方光年才有一顆恒星,而恒星之間的平均距離約為5.5光年,什麼概念呢?這樣說吧,假設距離太陽5.5光年外有一顆與太陽一樣大的恒星,現在我們將這顆恒星與太陽都它們縮小到一個足球那麼大,那麼按同樣的比例縮小之后,這兩個「足球」之間距離仍然高達8223公里。

如此空曠的銀河系,就使得我們可以直接觀測到銀河系中的很大一部分恒星,但由于銀河系的質量主要集中于「銀盤」之上,而我們太陽系其實也在「銀盤」上,如此一來,我們的視線就會被「銀盤」中的塵埃和氣體等星際物質遮擋,進而無法直接觀測到那些位于「銀盤」所在的平面之上、并且距離相對較遠的恒星。

這種情況曾經困擾了人類很長一段時間,直到基于紅外線波段的觀測技術出現之后,難題才得以解決,因為與可見光相比,紅外線的波長更長,能夠輕易地穿過星際物質的遮擋,進而被我們接收到。

有了紅外線觀測技術的幫助,我們就可以觀測到銀河系中絕大部分恒星, 從理論上來講,只需要對每一顆恒星在宇宙空間中的位置和距離進行準確地測量,并利用這些數據進行3D建模,我們就可以知道銀河系在整體上是什麼樣子,并據此描繪出銀河系的鳥瞰圖,但實際情況卻沒有那麼簡單。

這是因為銀河系中的恒星與我們的距離動輒就是以光年計,而1光年就是光在宇宙真空中直線前進一年的距離,所以我們看到的恒星,其實都是它們過去時的樣子,比如說我們看到10光年之外的一顆恒星,其實是它在10年之前的樣子,1000光年,則是1000年之前的樣子……

所以我們還需要對目標恒星進行持續觀測,進而通過它當前的運動狀態計算出它在過去某個時間點的位置和距離,顯而易見的是,我們觀測的時間越長,計算出的結果就越準確,這無疑需要大量的時間。

在完成了上述的工作之后,我們就可以知道在某個特定的時間點,銀河系中絕大部分恒星的位置和距離,而有了這些數據,我們就可以正式開始對銀河系進行3D建模了,不過為了更加準確,我們在建模過程中,還可以在宇宙中尋找與銀河系類似的星系來作為「參考」。

觀測數據表明,可觀測宇宙中的星系數量可以高達上萬億個,其中不乏一些與銀河系相似的星系,比如說在天空中位于飛馬座方向,距離我們大約4億光年的位置上,有一個名為「NGC 7773」的星系,就是一個非常像銀河系的棒旋星系。

(↑「NGC 7773」星系)

由于宇宙中的星系都遵循同樣的運行規律,因此我們只需要將這些星系的實際構造,與我們對銀河系的3D建模進行對比并加以「微調」,就可以得到與實際情況更加相符的銀河系3D模型了。

實際上,我們所看到的銀河系鳥瞰圖,其實就是科學家通過上述的方法描繪出來的,盡管這只是一個推測出來的結果,但它與銀河系的實際情況也應該差不了太多。總的來講,畢竟我們人類現在連小小的太陽系都飛不出去,能做到這一點已經很不錯了。

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